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1、自动控制原理综合实验题目转子绕线机控制系统的分析与仿真院系xxxxxx专业xxxxxxxxxxxxx学生姓名xxxxxxxxxxxxx学号xxxxxxxxxxxx指导教师xxxxxx二Ｏ一二年6月6日目录1．系统介绍-2-2．物理模型图-2-3.系统分析-3-3.1部分电路图-3-（1）增益放大器-3-（2）步进电机-3-（3）直流电机-4-3.2各部分元件传递函数-5-3.3位置随动系统的结构框图-5-3.4相关函数的计算-5-4.系统稳定性分析-5-4.1代入参数值-6-4.2根轨迹-6-4.3Bode图-7-4.4系
2、统阶跃响应-8-5系统动态性能分析-9-5.1延迟时间的计算-9-5.2上升时间的计算-9-5.3峰值时间的计算-9-5.4超调量的计算-9-5.5调节时间的计算-10-5.6使用MATLAB求系统各动态性能指标-10-5.7人工计算与MATLAB计算的结果比较及误差分析-12-6系统仿真-12-7总结与体会-14-参考文献-15-1．系统介绍转子绕线机，顾名思义绕线机是把线状的物体缠绕到特定的工件上的机器。原电动工具行业常用手动绕线设备效率低、精度差，不能适应电动工具行业生产规模化发展的需要。本设计是通过改进电动机转子线
3、圈的绕制方式完成设计一种转子绕线机，旨在提高电枢制造的自动化程度，减轻绕线劳动强度，提高电枢的整体质量，实现绕线槽满率高，绕线圈数精确，降低废品率，同时兼顾操作者的方便性。它用直流电机来缠绕铜线，能快速准确地绕线，并使线圈连贯坚固。采用自动绕线机后，操作人员只需从事插入空的转子，按下启动按钮和取下绕好线的转子等简单操作。2．物理模型图转子铜线步进电机气源直流电机控制器输入气动夹转子图1转子绕线机控制系统的原理框架图3.系统分析3.1部分电路图（1）增益放大器：在不同信号或其他情况下，增益不一样，也就是被放大的程度不一样。在
4、单位斜坡输入作用下，稳态误差：e(∞)=K=limG(s)=K1,则系统的速度误差：e(∞)=—+电阻电容电阻电阻图2增益放大器（2）步进电机：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制
5、电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。电压_+_+Q4Q3Q2Q1图3步进电机（3）直流电机：定义输出或输入为直流电能的旋转电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。保险挡速开关滤波部分稳压二极管220V保护开关图4直流电机3.2各部分元件传递函数（1）增益放大器：（2）步进电机：（3）直流电机：3.3位置随动系统的结构框图1/s(s+5)(s+10)G(s)+C(s)R(s)_图5结构框图3.4相关函数的计算开环传递函数：4.系统稳定性分析4.1代入参数值已知转子绕线机控制系统的开环传递函数是：（静态误差系数
6、）所以最小的K值为：K=300故：相位裕度：先求穿越频率传递函数为：4.2根轨迹用如下程序将传递函数在MATLAB中表示出来:num=[300]den=[1,12,20,0]sys=tf(num,den)用MATLAB显示为:用如下程序将传递函数的根轨迹图在MATLAB中表示出来:num=[300]den=[1,12,20,0]rlocus(num,den)用MATLAB做出的根轨迹如图6所示:图6的根轨迹图4.3Bode图开环传递函数相角裕度增益裕度仿真程序：num=[300]den=[1,12,20,0]sys=tf(
7、num,den)[mag,phase,w]=bode(num,den)[gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w)margin(sys)图7Bode图4.4系统阶跃响应闭环传递函数：利用如下程序在MATLAB中对系统绘制单位阶跃响应:num=[300]den=[1,12,20,300]step(num,den)图8单位阶跃响应曲线图5系统动态性能分析5.1延迟时间的计算==14.63s5.2上升时间的计算tr==18.49s5.3峰值时间的计算==19.85s5.4超调量的计算=×100%=40.
8、12%5.5调节时间的计算==19.98s5.6使用MATLAB求系统各动态性能指标在MATLAB输入的指令为：图9软件输出如下为：图105.7人工计算与MATLAB计算的结果比较及误差分析两次计算对比表：延迟时间（）上升时间（）峰值时间（）超调量（）调节时间（）113.9418.4919.8539.2
